JP2018178187A - 溶射用粉末およびこれを用いた溶射皮膜の成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態の溶射用粉末10とこの溶射用粉末10で成膜された溶射皮膜10Aとの模式的概念図である。
NiCr系合金粒子11は、NiCr系合金からなる粒子であり、Crの含有量は特に限定されないが、NiCr系合金粒子に、粒子全体の質量(すなわちNiCr合金)に対して7〜25質量%の範囲でCrを含有していることが好ましい。これにより、NiCr系合金粒子11の耐酸化性を向上させることができる。ここで、Crの含有量が7質量%未満である場合には、NiCr系合金の耐酸化性が損なわれるおそれがある。一方、Crの含有量が25質量%を超えた場合には、NiCr系合金が硬くなり過ぎて、溶射皮膜10Aの被削性が低下してしまうおそれがある。
図1に示す溶射用粉末10は、h−BN粒子12を含有している。h−BN粒子12は、六方晶系の窒化硼素からなる粒子である。本実施形態では、その好ましい態様として、h−BN粒子12は、NiCr系合金粒子11の表面全体に被覆されている。溶射用粉末10は、溶射用粉末10の全体に対して、h−BN粒子12を4〜8質量%含有している。h−BNは、グラファイトのように、固体潤滑性を有する材料であるので、このような範囲でh−BN粒子12を含有することにより、溶射皮膜10Aの凝着摩耗を抑えるとともに、アブレーダブル特性をさらに向上させることができる。
図1に示す溶射用粉末10には、Al粒子13をさらに含んでいてもよい。Al粒子13は、アルミニウムからなる粒子であり、溶射用粉末10は、溶射用粉末10の全体に対して、Al粒子13を3〜5質量%含有していることが好ましい。Alは、NiCr系合金粒子とh−BN粒子とに対して濡れ性が高いため、溶射用粉末10が、Al粒子13をこのような範囲で含有することにより、成膜時にNiCr系合金粒子11とh−BN粒子12との分離を抑制することができる。
本実施形態では、図1に示す溶射用粉末10を溶射装置(図示せず)に投入し、溶射用粉末10を用いて、ターボチャージャのターボハウジングなどの基材20の表面に溶射皮膜10Aを成膜する。
ガスアトマイズ粉からなるNiCr系合金粒子を準備した。NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、表1に示すように、Ni:82.5質量%、Cr:10質量%、珪素:2.5質量%、硼素:3質量%、および鉄:2質量%からなる。この粉末の融点を熱重量・示差熱装置(TG−DTA装置)で測定した。この結果を図2および表1に示す。図2は、実施例1の溶射用粉末のNiCr系合金粒子の融点を熱重量・示差熱装置で測定した結果を示したグラフである。図2に示すように、NiCr系合金粒子の融点は、1035℃であった。
ガスアトマイズ粉からなるNiCr系合金粒子を準備した。NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、表1に示すように、Ni:71質量%、Cr:19質量%、Si:10質量%からなる。この粉末の融点を実施例1と同様に、熱重量・示差熱装置で測定した。この結果を表1に示す。
粒径38μm〜150μmのガスアトマイズ粉からなるNiCr系合金粒子を準備した。NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、表1に示すように、Ni:80質量%、Cr:20質量%からなり、珪素等を含有していない。この粉末の融点を実施例1と同様に、熱重量・示差熱装置で測定した。この結果を表1に示す。
粒径38μm〜150μmの水アトマイズ粉からなるNiCr系合金粒子を準備した。NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、表1に示すように、Ni:80質量%、Cr:20質量%からなり、珪素等を含有していない。この粉末の融点を実施例1と同様に、熱重量・示差熱装置で測定した。この結果を表1に示す。
市販の溶射用粉末を準備した。具体的には、NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、表1に示すように、Ni:75質量%、Cr:16質量%、Fe:9質量%からなり、珪素等を含有していない。この粉末の融点を実施例1と同様に、熱重量・示差熱装置で測定した。この結果を表1に示す。
実施例1、2および比較例1〜3の溶射試験片に対して、図5に示す被削性試験装置を用いて、被削性試験を行った。具体的には、相手材として、自動車のターボチャージャのタービンホイールと同じ材料(ニッケル合金(インコネル713))のチップ型試験片51を準備し、これをロータ53に2枚取付けた。次に、可動装置54に取付けた溶射試験片55を、チップ型試験片51に当接させた状態で、溶射試験片55の位置を固定した。ロータ53を回転速度1200rpmで回転させ、チップ型試験片51の送り速度を25μm/秒で押し当てて、押し付け荷重が30Nになった時点で、ロータ53の回転を停止した。
図6に示すように、試験温度が室温である場合には、実施例1、2および比較例1〜3の溶射皮膜の削れ深さは、いずれも目標値を上回り、実施例1、2の溶射皮膜の削れ深さは、比較例1〜3のものよりも大きかった。さらに、実施例1、2および比較例1〜3の相手材摩耗量は、いずれも目標値を下回り、実施例1、2の相手材摩耗量は、比較例1〜3のものよりも少なかった。
実施例1、2および比較例1〜3の溶射皮膜の断面をSEMにより観察した。この結果を、図8に示す。図8は、実施例1、2および比較例1〜3の溶射皮膜の断面写真である。図8に示すように、実施例1、2および比較例1〜3の溶射皮膜は、気孔を含む多孔質の組織となっており、大きな差異は認められなかった。
実施例1および比較例3の溶射皮膜の表面の1400μm×500μmの範囲に対して、X線電子分光分析装置(アルバックファイ社製:Quantrea SXM)を用いて、X線電子分光分析(XPS)を行った。この結果を図9に示す。図9は、実施例1および比較例3の溶射皮膜のX線電子分光分析の結果を示したグラフである。なお、図9の結果から算出した溶射皮膜の主要元素の割合を表2に示す。図9および表2に示すように、実施例1の溶射皮膜の最表面は、比較例3に比べてBNがより豊富に存在していることがわかった。
実施例1、2および比較例3の溶射皮膜に対して、オージェ分光分析(AES)を行った。この結果を図10に示す。図10は、実施例1、2および比較例3の溶射皮膜のオージェ分光分析(AES)の結果を示したグラフである。図10に示すように、実施例1および2では、溶射皮膜を構成する溶射粒子には、比較例3のものよりも、より厚い酸化物層が形成されていた。
実施例1および比較例3の溶射皮膜に対して、NiCr系合金粒子間におけるEPMAライン分析を行った。この結果を図11に示す。図11は、実施例1および比較例3の溶射皮膜に対して、NiCr系合金粒子間におけるEPMAライン分析の結果を示したグラフである。この結果から、実施例1の溶射皮膜のNiCr系合金粒子間では、B(硼素)が比較例3のものに比べて、より大きなピークで観察された。
そこで、実施例1の溶射皮膜の断面の任意のNiCr系合金粒子間において、超高解像度EPMAライン分析を行った。この結果を図12A、図12Bに示す。図12Aは、写真に示す実施例1の溶射皮膜の断面における、NiCr系合金粒子間におけるB、Si、N、Cr、O、およびNiの超高解像度EPMAライン分析の結果を示したグラフであり、図12Bは、図12Aの拡大図である。
実施例1および比較例3の溶射試験片をさらに準備し、それぞれの溶射試験片毎に、大気中(酸素雰囲気下)で、保持温度800℃、850℃、および900℃で300時間加熱した。図13に、実施例1および比較例3に対して、室温、800℃、850℃、および900℃における溶射皮膜の断面における組織写真を示す。次に、実施例1および3の各溶射試験片に対して、上述した被削性試験2と同じ試験を行った。この結果を図14に示す。図14は、実施例1および比較例3の溶射試験片に対して、保持温度が、室温、800℃、850℃、および900℃における溶射皮膜の削れ深さと相手材摩耗量の関係を示したグラフである。
実施例1、2および比較例1〜3の溶射用粉末に対して、溶射用粉末の供給量を90g/分、60g/分の条件で、基材の表面に溶射皮膜を成膜し、供給量(質量)と、溶射用粉末の付着量(溶射皮膜の質量)との関係から、付着効率を測定した。この結果を、図17に示す。図17は、実施例1、2および比較例1〜3の溶射用粉末の付着効率を測定した結果を示すグラフである。
実施例1と同じように溶射試験片を作製した。実施例3−1と実施例1とは同じ条件で溶射試験片を作製した。実施例3−2〜実施例3−6の溶射試験片が、実施例1のものと相違する点は、溶射用粉末全体に対するh−BN粒子の含有量を、順次、4.0質量%、4.5質量%、5.5質量%、6.5質量%、7.0質量%、8.0質量%にした点である。なお、実施例3−2では、同じ溶射試験片を3つ作製した。
実施例1と同じように溶射試験片を作製した。実施例4−1、4−2が実施例1のものと相違する点は、溶射用粉末全体に対するh−BN粒子の含有量を、順次、4.5質量%、5.5質量%にした点と、溶射用粉末の供給量を60g/分にした点である。なお、実施例4−1では、同じ溶射試験片を2つ作製した。
実施例1と同じように溶射試験片を作製した。比較例4−1〜4−4の溶射試験片が、実施例1のものと相違する点は、溶射用粉末全体に対するh−BN粒子の含有量を、順次、3.5質量%、8.5質量%、10.2質量%、15.0質量%にした点である。なお、実施例4−3では、同じ溶射試験片を2つ作製した。
実施例1と同じように溶射試験片を作製した。比較例5−1、5−2が実施例1のものと相違する点は、溶射用粉末全体に対するh−BN粒子の含有量を、順次、8.5質量%、10.2質量%にした点と、溶射用粉末の供給量を60g/分にした点である。
実施例1と同じように、溶射試験片を作製した。参考例1〜5が実施例1と相違する点は、h−BN粒子の含有量を10.2質量%にした点である。
実施例1と同じように溶射試験片を作製した。実施例5〜7が、実施例1のものと相違する点は、溶射用粉末のNiCr系合金粒子の粒径を、順次、38μm未満、150μm超え、38〜150μmにした点である。実施例5〜7の溶射用粉末に対して、実施例1と同じようにして、溶射用粉末の供給量:110g/分、60g/分の条件で、溶射皮膜を成膜した。
Claims (7)
- アブレーダブル特性を有した溶射皮膜を成膜するための溶射用粉末であって、
前記溶射用粉末は、NiCr系合金粒子と、h−BN粒子と、を有し、
前記NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、Siを2〜10質量%含有しており、
前記溶射用粉末は、h−BN粒子を4〜8質量%含有することを特徴とする溶射用粉末。 - 前記NiCr系合金粒子の表面全体には、前記h−BN粒子が被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の溶射用粉末。
- 前記NiCr系合金粒子のNiCr系合金は、Bを4質量%以下含有していることを特徴とする請求項1または2に記載の溶射用粉末。
- 前記溶射用粉末は、Al粒子を3〜5質量%含有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の溶射用粉末。
- 前記NiCr系合金粒子の粒径は、38〜150μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶射用粉末。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の溶射用粉末を用いて、溶射皮膜を成膜する溶射皮膜の成膜方法。
- 前記溶射用粉末を用いた前記溶射皮膜の成膜を、ガスフレーム溶射により行うことを特徴とする請求項6に記載の溶射皮膜の成膜方法。
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